連栽障礙地杉木優(yōu)良無性系土壤特性分析及酚酸鑒定.pdf

1、杉木是我國南方最重要的速生用材樹種之一。長期以來的林業(yè)生產(chǎn)實踐表明，杉木連栽會導(dǎo)致地力衰退，影響了杉木人工林長期生產(chǎn)力的發(fā)揮及林地的可持續(xù)經(jīng)營。因此，如何解決因杉木連栽造成的地力衰退問題及實現(xiàn)杉木連栽地可持續(xù)經(jīng)營，成為目前林學(xué)家急需解決的技術(shù)難題。本論文采用室內(nèi)模擬生物培養(yǎng)方法，以課題組前期篩選出的杉木優(yōu)良無性系為研究對象，以杉木1代林、連栽2代林、連栽3代林及楠木人工林土壤為培養(yǎng)基質(zhì)，培養(yǎng)2年后，應(yīng)用高通量測序等方法分析了杉木優(yōu)良無性

2、系根際土壤與非根際土壤的化學(xué)性質(zhì)、土壤微生物碳氮、土壤酶活性、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等土壤特性差異，并進一步應(yīng)用LC-MS物質(zhì)鑒定方法及iTRAQ技術(shù)分析鑒定杉木優(yōu)良無性系根尖和根際土壤酚酸類物質(zhì)以及與酚酸類物質(zhì)代謝有關(guān)的差異蛋白，研究結(jié)果從土壤學(xué)、代謝組學(xué)以及差異蛋白組學(xué)等角度初步闡明了杉木無性系對連栽地的響應(yīng)機理，從而為杉木連栽障礙的形成機理提供了更為詳實的理論資料。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在連栽障礙地杉木優(yōu)良無性系根際和非根

3、際土壤中，全K、全P、速效K、全C含量均在連栽2代林出現(xiàn)較大值，有效P含量隨連栽代數(shù)增加呈上升趨勢，全N含量在根際土壤和非根際土壤中變化趨勢相反。速效K、有效P、全C差異達到顯著水平（P＜0.05）。在同一林分類型土壤中，各養(yǎng)分含量基本為根際土壤大于非根際土壤，且養(yǎng)分基本達到顯著差異水平。⑵在杉木無性系根際土壤和非根際土壤中，脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶及酸性磷酸酶活性總體上隨著連栽代數(shù)增加呈下降趨勢，多酚氧化酶酶活性呈上升趨勢。連栽3代林

4、基本與其他三種林分存在顯著差異性。同一林分類型土壤中，各酶活值多表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤，除蔗糖酶外，其他四種酶活性基本存在顯著差異性。土壤化學(xué)性質(zhì)與酶活性相關(guān)分析表明，全K、速效K均與多酚氧化酶呈顯著正相關(guān)；有效P與蔗糖酶呈顯著正相關(guān)，與過氧化氫酶呈顯著負相關(guān)；全C與脲酶、過氧化氫酶達極顯著正相關(guān)。⑶在連栽地杉木無性系根際土壤中，MBC、MBN、MBC/MBN值均在連栽3代林中較小，而在非根際土壤中，各指標則在連栽3代林中較大；同

5、一林分土壤中，各指標多表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤；且MBC和MBC/MBN指標達到顯著差異水平。⑷在連栽障礙地杉木無性系土壤中，共鑒定出細菌微生物門類水平下44個類群，其中相對豐度前5類為酸桿菌門、變形菌門、放線菌門、綠彎菌門和浮霉菌門。細菌群落多樣性分析顯示，隨連栽代數(shù)增加，根際土壤細菌群落多樣性逐漸降低，而在非根際土壤中，連栽3代林細菌多樣性最強。在同一林分類型土壤下，杉木1代林和連栽2代林的根際土壤細菌群落多樣性高于非根際土壤。

6、在土壤細菌門分類水平上類群與環(huán)境因子RDA分析表明，有效P、MBC、速效K、蔗糖酶和過氧化氫酶五個環(huán)境因子對細菌微生物結(jié)構(gòu)多樣性信息顯著或極顯著相關(guān)。⑸在真菌門分類水平上共鑒定到5個類群，相對豐富大于1％的類群有子囊菌門、擔子菌門和球囊菌門；在真菌群落多樣性分析中，根際土壤和非根際土壤均在連栽2代林具有較豐富的群落結(jié)構(gòu)；同一林分類型中，連栽2代林和連栽3代林的群落結(jié)構(gòu)多樣性表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤。土壤真菌門分類水平上類群與環(huán)境因子

7、RDA分析表明，速效K和酸性磷酸酶對真菌微生物結(jié)構(gòu)多樣性信息極顯著相關(guān)。⑹連栽地杉木無性系根尖中共鑒定出8種酚酸類物質(zhì)，其中兒茶素、奎尼酸和山奈酚相對含量較高。相關(guān)性分析可知：奎尼酸相對含量與酸性磷酸酶呈顯著負相關(guān)；山奈酚相對含量與蔗糖酶呈顯著正相關(guān)，與浮霉菌門呈顯著負相關(guān)。⑺連栽地杉木無性系根際土壤中共鑒定出11種酚酸類物質(zhì)，其中阿魏酸、沒食子酸、咖啡酸在四個林分類型土壤中相對含量較高。相關(guān)性分析表明：咖啡酸相對含量與綠彎菌門呈極顯著

8、正相關(guān)，與酸桿菌門呈極顯著負相關(guān)；阿魏酸相對含量與酸桿菌門呈極顯著正相關(guān)，與綠彎菌門呈極顯著負相關(guān)；沒食子酸相對含量與全C呈顯著負相關(guān)，與脲酶呈極顯著負相關(guān)。⑻杉木無性系根尖蛋白鑒定中，蛋白基本信息數(shù)量和各個蛋白分子質(zhì)量范圍的蛋白質(zhì)數(shù)量均為杉木1代林根尖中較多。對鑒定到的蛋白與COG數(shù)據(jù)庫進行比對，發(fā)現(xiàn)蛋白數(shù)量最多的功能是翻譯后修飾，蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)，伴侶功能。差異蛋白表達數(shù)量在不同連栽代數(shù)杉木根尖中存在差異，與杉木1代林相比，連栽2代林有1

9、41個差異蛋白，其中表達上調(diào)的有77個，表達下調(diào)的有64個；連栽3代林與杉木1代林相比存在著210個差異蛋白，表達上調(diào)和表達下調(diào)的分別有102個、108個；連栽2代林與連栽3代林存在168個差異蛋白，表達上調(diào)和表達下調(diào)的分別有77個、91個。不同連栽代數(shù)杉木根尖差異蛋白中，共得到5個與酚酸合成有關(guān)的蛋白。差異蛋白GO富集分析顯示，三種林分土壤杉木根尖差異蛋白組間比較中，均主要富集在生物過程條目中的細胞過程、代謝過程、單一生物過程；細胞組